合金元素對(duì)鋼的影響

1、合金元素對(duì)鋼的影響第1頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、碳鋼的不足： （1）淬透性低 一般情況下，碳鋼水淬的最大淬透直徑只有10mm-20mm。（2） 強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低 如普通碳鋼Q235鋼的s為235MPa，而低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn的s則為360MPa以上。 第2頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、碳鋼的不足：（3）不能滿足特殊性能的要求 碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。 第3頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用常用的合金元素有：錳、硅

2、、鉻、鎳、鎢、釩、鈦、鋯、鈷 合金元素對(duì)鋼的相變、組織和性能的影響，一般取決于合金元素與鋼中鐵、碳兩種基本組元的作用 第4頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用1、合金元素在鋼中的分布 形成合金鐵素體 Ni、Si、Al、Co、Cu等大多數(shù)合金元素都可或多或少地溶于鐵素體中，形成合金鐵素體。其中原子半徑很小的合金元素（如氮、硼等）與鐵形成間隙固溶體；原子半徑較大的合金元素（如錳、鎳、鈷等）與鐵形成置換固溶體。 第5頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用1、合金元素在鋼中的分布合金元素溶入鐵素體后，凡合金元素的原子

3、半徑與鐵的原子半徑相差越大，晶格類型越不相同，必然引起鐵素體晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性、韌性都有下降趨勢。如圖。第6頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用第7頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用1、合金元素在鋼中的分布形成合金碳化物 Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti作為碳化物形成元素，在元素周期表中都是位于鐵左邊的過渡族金屬元素，離鐵越遠(yuǎn)，則其與碳的親和力越強(qiáng)，形成碳化物能力越大，形成的碳化物越穩(wěn)定而不易分解。通常釩、鈮、鋯、鈦為強(qiáng)碳化物形成元素；鉻、鉬、鎢為中強(qiáng)碳化物

4、形成元素；錳為弱碳化物形成元素。 如：合金滲碳體（Fe、Mn） 3 C 第8頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金元素在鋼中的作用1、合金元素在鋼中的分布形成氣氛氧、氮、硫的非金屬夾雜物MnS、Al2O3形成金屬間化合物FeSi、FeCr第9頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、 合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響 1、 改變了奧氏體區(qū)的范圍 （1） 擴(kuò)大奧氏體相區(qū) 這類合金元素使A3、A1溫度下降，GS線向左下方移動(dòng)，這類元素大都具有面心立方晶格，如錳、鎳、氮等。隨著錳、鎳含量增大，會(huì)使相圖中奧代體區(qū)一直延展到室溫下。因此，它在室溫下的平衡組織是穩(wěn)定

5、的單相奧氏體，這種鋼稱奧氏體鋼。 第10頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第11頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、 合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響（2） 縮小奧氏體相區(qū) 這類合金元素與前者相應(yīng)，使A3和A1溫度升高，GS線向左上方移動(dòng)，這類元素有鋁、鉻、硅等，隨著鋼中這類元素含量增大，可使相圖中奧氏體區(qū)消失，此時(shí)，鋼在室溫下的平衡組織是單相的鐵素體，這種鋼稱為鐵素體鋼。 第12頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第13頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、 合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響 2、 改變 S、E點(diǎn)

6、在鐵碳合金相圖中位置 大多數(shù)合金元素均能使 S點(diǎn)、E點(diǎn)左移， 。共析鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不是Wc0.77，而是Wc0.77。出現(xiàn)共晶組織的最低碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再是Wc2.11，而是Wc2.11。 實(shí)驗(yàn)證明，含 Wc0.4的碳鋼原屬亞共析鋼，當(dāng)加入Wcr12后就成了共析鋼 第14頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、 合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響第15頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響 1、 奧氏體形成速度的影響 大多數(shù)合金元素（除鈷、鎳外），由于它們與碳有較強(qiáng)的親和力顯著減慢了碳向奧氏體中的的溶入與擴(kuò)散速度，故大大減慢奧氏體的

7、形成速度。 由于合金元素的擴(kuò)散速度很緩慢，因此對(duì)于合金鋼應(yīng)采取較高加熱溫度和較長的保溫時(shí)間，以保證合金元素溶入奧氏體并使之均勻化，從而充分發(fā)揮合金元素的作用。 第16頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響 2、合金元素對(duì)奧氏體晶粒大小的影響碳化物形成元素（如釩、鈮、鋯等強(qiáng)碳化物形成元素），容易形成穩(wěn)定的碳化物，這些特殊碳化物在高溫下比較穩(wěn)定，不易溶于奧氏體，并以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形式彌散地分布在奧氏體晶界上，機(jī)械地阻礙奧氏體晶粒長大。Mn、P促進(jìn)A晶粒長大合金鋼的在加熱時(shí)不易過熱，使得鋼在高溫下較長時(shí)間的加熱仍能保持細(xì)晶粒組織，這是合金鋼的一個(gè)重要特點(diǎn)。

8、 第17頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響 3、合金元素對(duì)C曲線 、淬透性影響 除鈷外，不形成和形成碳化物傾向較弱的合金元素（Si、Ni、Cu、Mn）溶入奧氏體后降低原子擴(kuò)散速度，使奧氏體穩(wěn)定性增加，從而使C曲線右移 當(dāng)強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、V、Mo、W）溶入奧氏體后，由于它們對(duì)推遲珠光體轉(zhuǎn)變與貝低體轉(zhuǎn)變的作用不同，使C曲線出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖 第18頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響 第19頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響3、合金元素對(duì)C曲線

9、 、淬透性影響由于合金元素使 C曲線右移，故降低了鋼的馬氏體V k ，增大了鋼的淬透性。其中尤以碳化物形成元素的影響較為顯著，特別是鋼中幾種合金元素同時(shí)加入時(shí)，要比單獨(dú)加入一種合金元素對(duì)增大鋼的淬透性更有效。第20頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響4、合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響 除鈷、鋁外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后，使馬氏體轉(zhuǎn)變Ms和M f 降低，其中鉻、鎳、錳作用較強(qiáng)。 第21頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響5、合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 （1）提高淬火鋼回火穩(wěn)定性（耐回火性）

10、 淬火鋼在回火時(shí)，抵抗軟化的能力稱為回火穩(wěn)定性。不同的鋼在相同溫度回火后，強(qiáng)度、硬度下降也不同，下降少的其回火穩(wěn)定性較高。 第22頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程。使回火的硬度降低過程變緩。從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。由于合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高，若要得到相同的回火硬度時(shí)，則合金鋼的回火溫度就比同樣含碳量的碳鋼要高，回火時(shí)間也長。而當(dāng)回火溫度相同時(shí)，合金鋼的強(qiáng)度、硬度都比碳鋼高。第23頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響（2）產(chǎn)生二次硬化 含有鎢、

11、鉬、釩的合金鋼，經(jīng)高溫奧氏體充分均勻化并淬火后，在500600回火時(shí)硬度有回升的現(xiàn)象，稱為二次硬化 第24頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、 合金元素對(duì)鋼的熱處理影響因?yàn)楹猩鲜龊辖鹪剌^多的合金鋼，在該溫度范圍內(nèi)回火時(shí)會(huì)從馬氏體中析出特殊碳化物，如MO 2 C、W 2 C、VC等，析出的碳化物高度彌散分布在馬氏體基體上，并與馬氏體保持共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使鋼的硬度反而有所提高，這就形成了二次硬化。另外，由于特殊碳化物的析出，使殘余奧氏體中碳及合金元素濃度降低，提高了M s 溫度，故在隨后冷卻時(shí)就會(huì)有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這也是在回火時(shí)鋼的硬度提高而產(chǎn)生的二

12、次硬化的原因。 第25頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響 提高鋼的強(qiáng)度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高強(qiáng)度, 就要設(shè)法增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。 金屬中的強(qiáng)化機(jī)制主要有:1、固溶強(qiáng)化2、細(xì)晶強(qiáng)化3、第二相強(qiáng)化4、位錯(cuò)強(qiáng)化第26頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響 1、固溶強(qiáng)化固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。 晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力， 使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。這種通過形成固溶體使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的一種重要形式。

13、在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。第27頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響 2、細(xì)晶強(qiáng)化在常溫下的細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。這是因?yàn)榧?xì)晶粒受到外力發(fā)生塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較小；此外，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴(kuò)展。故工業(yè)上將通過細(xì)化晶粒以提高材料強(qiáng)度的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。 第28頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響3、第二相強(qiáng)化復(fù)相合金與單相合金相比，除基體相以外，

14、還有第二相得存在。當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。這種強(qiáng)化作用稱為第二相強(qiáng)化。第二相強(qiáng)化的主要原因是它們與位錯(cuò)間的交互作用，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高了合金的變形抗力。第29頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響4、位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化是鋼中常用的一種強(qiáng)化機(jī)制，主要著眼與位錯(cuò)數(shù)量與組態(tài)對(duì)鋼塑變抗力的影響。 第30頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二7-3結(jié)構(gòu)鋼 一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼二、合金滲碳鋼 三、合金調(diào)質(zhì)鋼 四、合金彈簧鋼 五、滾動(dòng)軸承鋼 六、易切削鋼第31頁，共101頁，2022年，5月2

15、0日，8點(diǎn)2分，星期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1. 用途 主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。第32頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第33頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼2. 性能要求 (1) 高強(qiáng)度：一般其的屈服強(qiáng)度在300MPa以上。(2) 高韌性：要求延伸率為15%23%，室溫沖擊韌性大于60kJ/cm280kJ/cm2。對(duì)于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。(3) 良好的焊接性能和冷成型性能。(4) 熱加工性能與低碳鋼接近。(5) 良好的耐蝕性。第34頁，共101頁，2022年

16、，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼3. 成分特點(diǎn) (1) 低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超過0.20%。(2) 加入以錳為主的合金元素。(3) 加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細(xì)碳化物或碳氮化物，有利于獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和提高鋼的強(qiáng)度和韌性。第35頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼3. 成分特點(diǎn) 此外，加入少量銅（0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。第36頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星

17、期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼4. 常用低合金結(jié)構(gòu)鋼 16Mn 是我國低合金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種。使用狀態(tài)的組織為細(xì)晶粒的鐵素體珠光體，強(qiáng)度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235高約20%30%，耐大氣腐蝕性能高20%38%。 第37頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼5. 熱處理特點(diǎn)這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體 第38頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金滲碳鋼合金滲碳鋼通常是指經(jīng)滲碳淬火及低溫回火后使用的合合金鋼。 第39頁，共101頁，2022年，5月20日，

18、8點(diǎn)2分，星期二二、合金滲碳鋼1成分特點(diǎn)(1)低碳 合金滲碳鋼中碳的含量一般在Wc0.100.25之間，這是為了保證滲碳零件心部具有良好的韌性。(2) 加入合金元素鉻(2%)、鎳(4%)、錳(2%)和硼(0.004%)等可提高鋼的淬透性，改善心部性能。(3)為了細(xì)化晶粒，還加入少量阻止奧氏體晶粒長大的強(qiáng)碳化物形成元素，如鈦、釩、鉬等，它們形成的碳化物在高溫滲碳時(shí)不溶解，有效地抑制滲碳時(shí)的過熱現(xiàn)象。第40頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金滲碳鋼2熱處理和組織性能 合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。 熱處理后，表面滲碳層的組織為回火馬氏體+滲碳

19、體+少量殘余奧氏體組織，硬度為60HRC62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體，硬度為40HRC48HRC；如末淬透則為屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體，硬度為25HRC40HRC。心部韌性一般都高于700KJ/m2。 第41頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金滲碳鋼3用途 凡是要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠韌性的零件，都可采用合金滲碳鋼。 如，制作承受動(dòng)載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪 第42頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第43頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期

20、二二、合金滲碳鋼4性能要求合金滲碳鋼的滲碳層具有優(yōu)異的耐磨必、抗疲勞性及適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性未滲碳的心部具有足夠的強(qiáng)度及優(yōu)良的韌性。合金滲碳鋼具有良好的熱處理工藝性能，在滲碳溫度（900950）下奧氏體晶粒不易明顯長大。還有良好的淬透性。第44頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金滲碳鋼5常用合金滲碳鋼。按其淬透性大小，合金滲碳鋼分為三類： a）低淬透性合金滲碳鋼 如20Cr、20Mn2等，這類鋼由于淬透性不高，心部性能不很好，只適于制造承受載荷不大的大小型耐磨零件，如活塞銷、凸輪軸、滑塊等。 b）中淬透性合金滲碳鋼，如20CrMnTi、12CrNi3、20SiMnVB等

21、，這類鋼含有合金元素較高，其淬透性和力學(xué)性能均較高，可用來制造承受中等載荷的受磨零件，如汽車變速齒輪、花鍵軸套、凸輪盤等。 c）高淬透性合金滲碳鋼，如20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，這類鋼含有較多的鉻、鎳等元素。其淬透性高，甚至空冷也能淬成馬氏體，滲碳層和心部的性能都非常優(yōu)異，主要用來制造承受重載荷及強(qiáng)烈磨損的重要大型零件，如飛機(jī)、坦克的發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪。 第45頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用的合金鋼。第46頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼1. 用途 合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)

22、床和其它機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。 第47頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第48頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼2. 性能要求 調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機(jī)械性能，即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。 第49頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼3. 成分特點(diǎn)： (1) 中碳：碳含量一般在0.25%0.50%之間，以0.4%居多； (2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，

23、還能形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。； (3) 加入細(xì)晶粒，提高回火后抗力的元素W、Mo、Ti、V。加入防止第二類回火脆性的元素：Mo、W，其適宜含量約為0.15%0.30%Mo或0.8%1.2%的W。 第50頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼4常用合金調(diào)質(zhì)鋼 4常用合金調(diào)質(zhì)鋼 (1) 40Cr 低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為20mm40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。 (2) 35CrMnSi 中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為40mm60mm，可作截面大，承受較重載荷的機(jī)器零件。 (3) 40CrNiMoA 高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油

24、淬臨界直徑為60mm-100mm，多半是鉻鎳鋼?？勺鞔蠼孛?，承受更大載荷的重要零件。第51頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、合金調(diào)質(zhì)鋼5. 熱處理和組織性能 合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高，一般都用油，淬透性特別大時(shí)甚至可以空冷，這能減少熱處理缺陷。 合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)度約為800MPa, 沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達(dá)22HRC25HRC。若截面尺寸大而未淬透時(shí)，性能顯著降低。 第52頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第53頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾

25、動(dòng)軸承鋼 1用途 主要用來制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼 第54頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾動(dòng)軸承鋼第55頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾動(dòng)軸承鋼2性能要求 (1) 高的接觸疲勞強(qiáng)度：軸承元件如滾珠與套圈，運(yùn)動(dòng)時(shí)為點(diǎn)或線接觸，接觸處的壓應(yīng)力高達(dá)1500MPa5000MPa；應(yīng)力交變易造成接觸疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)或剝落，所以軸承鋼疲勞強(qiáng)度應(yīng)很高。(2) 高的硬度和耐磨性：硬度一般為62HRC64HRC。 (3) 足夠的韌性和高的彈性極限。(4)此外，還要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺

26、寸穩(wěn)定性。第56頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾動(dòng)軸承鋼3 成分特點(diǎn) (1) 高碳 碳含量一般為0.95%1.15%，以保證其高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度。 (2) 鉻為基本合金元素 鉻提高淬透性；形成合金滲碳體(Fe, Cr)3C呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性, 特別是疲勞強(qiáng)度。適宜的含量為0.40%1.65%。 (3) 加入硅、錳、釩等 Si、Mn進(jìn)一步提高淬透性，便于制造大型軸承。V部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。 (4) 高的冶金質(zhì)量 軸承鋼中非金屬夾雜和碳化物的不均勻性對(duì)鋼的性能尤其是接觸疲勞強(qiáng)度影響很大。因此，軸承鋼一般采

27、用電爐冶煉和真空去氣處理。(S0.02%，P0.007%)。第57頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾動(dòng)軸承鋼 4常用軸承鋼和牌號(hào) (1) 鉻軸承鋼 最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分。(2) 添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼 在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。為了節(jié)鉻, 加入Mo、V可得到無鉻軸承鋼, 如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與GCr15相近。第58頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二四、滾動(dòng)軸承鋼5熱處理及組織性能 軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和

28、低溫回火。(1) 球化退火 軸承鋼予先熱處理是球化退火。其目的不僅是降低鋼的硬度，以利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀球光體和均勻分布的過剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。(2) 淬火和低溫回火 淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過高會(huì)過熱，晶粒長大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬火后硬度不足。GCr15鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在820840范圍內(nèi), 回火溫度一般為150160。 第59頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金彈簧鋼合金彈簧鋼是指用于制造各種彈簧及其它彈性零件的合金鋼 第60頁，共101頁，202

29、2年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第61頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第62頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金彈簧鋼1. 成分特點(diǎn) (1) 中、高碳 高的屈強(qiáng)比要求彈簧鋼的碳含量比調(diào)質(zhì)鋼高，一般為0.45%0.70%。 (2) 加入以Si、Mn、Cr為主的提高淬透性的元素，Si和Mn同時(shí)也提高了屈強(qiáng)比。重要用途的彈簧鋼還必須加入Cr、V、W等元素。此外，彈簧的冶金質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度有很大的影響，所以彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。 (3)輔加元素鎢、釩、鉻的作用是減少脫碳與過熱傾向，同時(shí)進(jìn)一步提高彈性極限、屈強(qiáng)比和耐熱性。釩能細(xì)化晶粒，提高韌性

30、。這些合金元素均能增加奧氏體穩(wěn)定性。 第63頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金彈簧鋼2常用彈簧鋼和牌號(hào) 合金彈簧鋼可分兩類(1) 65Mn和60Si2Mn 以Si、Mn為主要合金元素的彈簧鋼。這類鋼的價(jià)格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼。這類鋼主要用于汽車、拖拉機(jī)上的板簧和螺旋彈簧。(2) 50CrVA 含Cr、V、W等元素的彈簧鋼 。Cr、V復(fù)合合金化，不僅大大提高鋼的淬透性，而且還提高鋼的高溫強(qiáng)度、韌性和熱處理工藝性能。這類鋼可制作在350400溫度下承受重載的較大彈簧。第64頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金彈簧鋼3熱處理特點(diǎn)根據(jù)

31、彈簧尺寸的不同，成形與熱處理方法也有不同 (1)熱成形彈簧鋼 彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度1015的螺旋彈簧或板彈簧通常在熱態(tài)下成形，成形后利用余熱進(jìn)行淬火，然后中溫回火（350500）處理，得到回火托氏體，具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度，硬度一般為4248HRC。 第65頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二五、合金彈簧鋼3熱處理特點(diǎn)(2)冷成形彈簧鋼 對(duì)于鋼絲直徑810的彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷繞而成。冷拔彈簧鋼絲在鋼廠經(jīng)索氏體化處理。鋼絲在冷拔過程中，首先將盤條坯料加熱至奧氏體組織后（Ac3以上80100），在500550的鉛浴或鹽浴中等溫轉(zhuǎn)變獲得索氏體組織，然后經(jīng)多次冷拔，得

32、到均勻的所需直徑和具有冷變形強(qiáng)化效果的鋼絲。用這種鋼絲冷卷成彈簧，只需在200250的油槽中進(jìn)行一次去應(yīng)力退火，就可以獲得成品彈簧。 第66頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第67頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第68頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第69頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二合金工具鋼第70頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二工具鋼的分類 工具鋼按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼，但實(shí)際應(yīng)用界限并非絕對(duì)。第71頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃

33、具鋼 1、性能要求 刃具切削時(shí)受工件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦；由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達(dá)500600；此外，還承受一定的沖擊和震動(dòng)。因此對(duì)刃具鋼提出如下基本性能要求：第72頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼1、性能要求(1) 高硬度 金屬切削刀具的硬度一般都在60HRC以上。(2) 高耐磨性 不僅取決于鋼的硬度，而且與鋼中硬化物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。(3) 高熱硬性 熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）。熱硬性與鋼的回火穩(wěn)定性和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)。(4) 足夠的塑性和韌性 以防刃具受沖擊震動(dòng)時(shí)折斷和崩刃第73頁，共101頁

34、，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼2、成分特點(diǎn) A、低合金刃具鋼 最高工作溫度不超過300，其成分的主要特點(diǎn)是： 高碳 碳含量為0.75%1.5%，以保證高硬度和高耐磨性。 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素 Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性; W、V能保持細(xì)小的晶粒，并防止加熱時(shí)過熱，提高硬度和耐磨性。第74頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼常用低合金刃具鋼及熱處理典型鋼種為9SiCr熱處理方法：球化退火+淬火和低溫回火。熱處理后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體。第75頁，共101頁，2022

35、年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼2、成分特點(diǎn) B、高速鋼 高速鋼 高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中刃部溫度達(dá)600時(shí)，其硬度無明顯下降。 高碳：碳含量在0.70%以上，最高可達(dá)1.65%左右，它一方面要保證能與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物；另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度。 加入Cr、W、Mo、V等合金元素：第76頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼2、成分特點(diǎn) B、高速鋼 加入Cr、W、Mo、V等合金元素： Cr 提高淬透性 W、Mo 保證高的熱硬性。在退火狀態(tài)下，W、Mo以M6C型碳化物形式存在。這

36、類碳化物一部分在淬火后存在于馬氏體中，在隨后的560回火時(shí)，形成W2C或Mo2C彌散分布，造成二次硬化。這種碳化物在500600溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，從而使鋼具有良好的熱硬性。V 提高鋼的耐磨性和熱硬性 釩的碳化物不易深溶于A，大部分以殘余碳化物的形式保留下來，且顆粒細(xì)小，分布均勻，可提高鋼的耐磨性。溶于A的小部分V在回火時(shí)以VC的形式析出，也可造成二次硬化。第77頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、刃具鋼常用高速鋼及熱處理 通用型 鎢系 W18Cr4V 鉬系 W6Mo5Cr4V2高性能 9W18Cr4V高速鋼的加工和熱處理特點(diǎn)由于高速鋼中有共晶碳化物，碳化物粗大，分布不

37、均，使刃具鋼的使用性能變差，通過反復(fù)鍛造打碎。熱處理特點(diǎn)鍛造后退火淬火溫度高（一般為12201280），550570回火三次。高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量殘余奧氏體 第78頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金模具鋼合金模具鋼按其用途分為冷模具鋼和熱模具鋼兩大類。 第79頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金模具鋼冷模具鋼(1) 用途 冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200300。第80頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二、合金模具鋼熱模具鋼(1) 用途 熱模具鋼

38、用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時(shí)型腔表面溫度可達(dá)600以上。第81頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二三、量具用鋼1. 用途 量具用鋼用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。 第82頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第83頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、不銹鋼 不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。第84頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、不銹鋼不銹鋼和耐熱鋼的牌號(hào)表示方法：一般用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均含碳量(以千分之幾計(jì))；當(dāng)平均含碳量c

39、1.00%時(shí)，用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示；當(dāng)含碳量上限c 0.10%時(shí)，以“0”表示含碳量；當(dāng)含碳量上限0.01% c0.03%時(shí)(超低碳)，以“03”表示含碳量；當(dāng)含碳量上限(c 0.01%時(shí)極低碳)，以“01”表示含碳量。合金元素含量表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼 .第85頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、不銹鋼1.用途及性能要求 不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發(fā)、國防工業(yè)和一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，醫(yī)療手術(shù)器械，防銹刃具和量具等。 對(duì)不銹鋼的性能要求最主要的是耐蝕性。此外，制作工具的不銹鋼還要求高硬度、高耐磨性；制作重要結(jié)構(gòu)零件時(shí)，要求高強(qiáng)度；某些不銹鋼則要求有較好的加工性能。第86頁，共101頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二一、不銹鋼. 2、成分特點(diǎn) 碳含量 耐蝕性要求愈高，碳含量應(yīng)愈低。大多數(shù)不銹鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.2%。對(duì)要求提高碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)（可達(dá)0.85%0.95%），應(yīng)相應(yīng)地提高鉻含量。加入最主要的合金元素鉻 鉻能